RU2212670C1 - Procedure measuring flow velocity of liquid or gas - Google Patents
Procedure measuring flow velocity of liquid or gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212670C1 RU2212670C1 RU2002126507/28A RU2002126507A RU2212670C1 RU 2212670 C1 RU2212670 C1 RU 2212670C1 RU 2002126507/28 A RU2002126507/28 A RU 2002126507/28A RU 2002126507 A RU2002126507 A RU 2002126507A RU 2212670 C1 RU2212670 C1 RU 2212670C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- flow
- measurement
- difference frequency
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/661—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters using light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/05—Flow-through cuvettes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области измерений физических величин. The invention relates to the field of measurement of physical quantities.
Известен способ измерения скорости потока воды, осуществленный Физо в 1851 г. , включающий регистрацию изменения интерференционной картины двух световых волн, распространяющихся в противоположных направлениях и проходящих через упомянутый поток воды [Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976, с.444 и 445]. A known method of measuring the speed of a water flow carried out by Fizeau in 1851, including recording changes in the interference pattern of two light waves propagating in opposite directions and passing through the mentioned water flow [Landsberg G.S. Optics. M .: Nauka, 1976, p. 444 and 445].
Данный способ обладает низкой точностью измерения, что является его недостатком. This method has low measurement accuracy, which is its disadvantage.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ измерения скорости потока жидкости или газа, основанный на регистрации разностной частоты двух когерентных световых волн, распространяющихся в противоположных направлениях и проходящих через упомянутый поток жидкости или газа [Ринкевичюс Б.С. Лазерная анемометрия. М. : Энергия, 1978, с.116-118 (прототип)]. Данный способ также основан на эффекте увлечения средой (эффекте Физо). The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a method of measuring the velocity of a liquid or gas flow, based on recording the difference frequency of two coherent light waves propagating in opposite directions and passing through the said liquid or gas flow [Rinkevicius BS Laser anemometry. M.: Energy, 1978, S. 116-118 (prototype)]. This method is also based on the effect of entrainment in the environment (Fizeau effect).
К недостаткам данного способа следует отнести невозможность измерения малых скоростей потоков жидкости или газа, так как нижний предел измеряемых скоростей определяется взаимной синхронизацией частот кольцевого лазера, используемого в качестве источника светового излучения. The disadvantages of this method include the impossibility of measuring small flow rates of liquid or gas, since the lower limit of the measured velocities is determined by the mutual synchronization of the frequencies of the ring laser used as a source of light radiation.
Задачей изобретения является измерение малых скоростей потоков жидкости или газа. The objective of the invention is the measurement of low flow rates of a liquid or gas.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения скорости потока жидкости или газа, основанном на регистрации разностной частоты двух когерентных световых волн, распространяющихся в противоположных направлениях и проходящих через упомянутый поток жидкости или газа, на упомянутый поток воздействуют стоячей световой волной, а регистрацию разностной частоты двух когерентных световых волн осуществляют путем измерения частоты пространственной и временной модуляции системы интерференционных полос упомянутой стоячей световой волны посредством тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, толщиной не более λ/2, который располагают между источником светового излучения и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ=λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом упомянутый поток жидкости или газа располагают между упомянутыми тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом, а регистрацию упомянутой системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют в виде сигнала пространственной и временной частоты путем проецирования изображения упомянутой системы на периодическую систему, содержащую фотоэлементы, полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой периодической системе и анализируют,
Известно устройство для измерения скорости потока воды, содержащее оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, проточную кювету для воды [Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976, с.444 и 445].The problem is solved due to the fact that in the method of measuring the flow velocity of a liquid or gas, based on recording the difference frequency of two coherent light waves propagating in opposite directions and passing through the said flow of liquid or gas, the said flow is affected by a standing light wave, and registration the difference frequency of two coherent light waves is carried out by measuring the frequency of the spatial and temporal modulation of the system of interference bands of the aforementioned standing wave by means of a thin partially transmitting layer scattering or absorbing the energy of the electric field of a standing light wave with a thickness of not more than λ / 2, which is located between the light source and the reflecting mirror at an angle θ determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ - the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light waves, wherein said liquid or gas flow is arranged between said thin partially transmitting layer and a reflecting mirror, and registration of said system of interference fringes of a standing light wave with period d is performed as a spatial and temporal frequency signal by projecting an image of said system onto a periodic system containing photocells received from said photocells electrical signals are recorded in the form of their dependence on the location of these photocells in omyanutoy periodic system and analyzed,
A device for measuring the speed of a water stream, containing an optically coupled light source, a reflecting mirror, a flow cell for water [Landsberg G.S. Optics. M .: Nauka, 1976, p. 444 and 445].
Даннное устройство обладает низкой точностью измерения, что является его недостатком. This device has a low measurement accuracy, which is its disadvantage.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является устройство для измерения скорости потока жидкости или газа, содержащее оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, проточную кювету для жидкости или газа и фотоприемник [Ринкевичюс Б. С. Лазерная анемометрия. М.: Энергия, 1978, с. 116-118 (прототип)]. The closest in technical essence and the achieved effect to the present invention is a device for measuring the flow rate of a liquid or gas, containing an optically coupled light source, a reflecting mirror, a flow cell for a liquid or gas and a photodetector [Rinkevicius B. S. Laser anemometry. M .: Energy, 1978, p. 116-118 (prototype)].
К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность измерения малых скоростей потоков жидкости или газа, так как нижний предел измеряемых скоростей определяется взаимной синхронизацией частот кольцевого лазера, используемого в качестве источника светового излучения. The disadvantages of this device include the impossibility of measuring small flow rates of liquid or gas, since the lower limit of the measured velocities is determined by the mutual synchronization of the frequencies of the ring laser used as a source of light radiation.
Задачей изобретения является измерение малых скоростей потоков жидкости или газа. The objective of the invention is the measurement of low flow rates of a liquid or gas.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения скорости потока жидкости или газа, содержащее оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, проточную кювету для жидкости или газа и фотоприемник, дополнительно содержит спектроанализатор и тонкий частично пропускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, толщиной не более λ/2, который расположен между источником светового излучения и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ=λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, упомянутое отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение, фотоприемник выполнен в виде периодической системы, содержащей фотоэлементы, и расположен позади упомянутого отражающего зеркала, при этом проточная кювета для жидкости или газа расположена между упомянутыми тонким частично пропускающим слоем и отражающим зеркалом. The problem is solved due to the fact that the device for measuring the flow rate of a liquid or gas, containing an optically coupled light source, a reflecting mirror, a flow cell for liquid or gas and a photodetector, additionally contains a spectrum analyzer and a thin partially transmitting layer that scatters or absorbs electrical energy field of a standing light wave, with a thickness of not more than λ / 2, which is located between the light source and the reflecting mirror at an angle θ, determined from the corresponding sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, λ is the length of the light wave, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in the thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, the aforementioned reflective the mirror is partially transmissive to light radiation, the photodetector is made in the form of a periodic system containing photocells, and is located behind the said reflective mirror, while the flow cell for liquid or gas is located ezhdu the said thin layer and the partially transmissive reflecting mirror.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для измерения скорости потока жидкости или газа. The invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of a device for measuring the flow rate of a liquid or gas.
Устройство для измерения скорости потока жидкости или газа содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, проточную кювету 3 для жидкости или газа и фотоприемник 4, спектроанализатор 5 и тонкий частично пропускающий слой 6, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, толщиной не более λ/2, который расположен между источником 1 светового излучения и отражающим зеркалом 2 под углом θ, определяемым из соотношения sinθ=λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем 6 и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос 7, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 6 при воздействии стоячей световой волны, отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение, фотоприемник 4 выполнен в виде периодической системы 8, содержащей фотоэлементы 9, и расположен позади отражающего зеркала 2, при этом проточная кювета 3 для жидкости или газа расположена между тонким частично пропускающим слоем 6 и отражающим зеркалом 2. A device for measuring the flow rate of a liquid or gas contains optically coupled light source 1, a reflecting mirror 2, a flow cell 3 for liquid or gas and a photodetector 4, a spectrum analyzer 5 and a thin partially transmitting layer 6 that scatters or absorbs the energy of the electric field of a standing light wave, with a thickness not exceeding λ / 2, which is located between the light source 1 and the reflecting mirror 2 at an angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the thin partially transmitting layer 6 and the wavefront of the light wave, λ is the length of the light wave, d is the period of interference fringes 7, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer 6 when exposed to a standing light wave, the reflecting mirror 2 is made partially transmitting light radiation, the photodetector 4 is made in the form a periodic system 8 containing photocells 9, and is located behind the reflecting mirror 2, while the flow cell 3 for liquid or gas is located between the thin partially transmitting layer 6 and the reflecting mirror 2.
Тонкий частично пропускающий слой 6 нанесен на одну из граней проточной кюветы 3. Отражающее зеркало 2 выполнено на противоположной грани проточной кюветы 3 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. На периодическую систему 8, содержащую фотоэлементы 9, спроецировано изображение системы интерференционных полос 7. Периодическая система 8, содержащая фотоэлементы 9, выполнена в виде линейки или матрицы приборов с зарядовой связью. Источник 1 светового излучения выполнен в виде лазера (не кольцевого). A thin partially transmissive layer 6 is deposited on one of the faces of the flow cell 3. The reflecting mirror 2 is made on the opposite side of the flow cell 3 in the form of a reflective coating with a reflection coefficient of 0.50-0.99 and a transmittance of 0.01-0.50. An image of the interference fringe system 7 is projected onto the periodic system 8 containing the photocells 9. The periodic system 8 containing the photocells 9 is made in the form of a ruler or matrix of charge-coupled devices. The light source 1 is made in the form of a laser (not a ring).
Заявленный способ измерения скорости потока жидкости или газа осуществляется следующим образом. The claimed method of measuring the flow rate of a liquid or gas is as follows.
Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 6. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 6 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос 7 с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения sinφ=λ/2dn, где φ - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 6 и плоскостью отражающего зеркала 2, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос 7, n - показатель преломления жидкости или газа, заполняющего проточную кювету 3. The luminous flux from the light radiation source 1 enters the reflecting mirror 2, is reflected from it, and in the form of a standing light wave enters the thin partially transmitting layer 6. Due to the fact that the thin partially transmitting layer 6 scatters or absorbs the energy of the electric field of the standing light wave and located obliquely, it forms a system of interference bands 7 with a repetition period d. In this case, the repetition period d is given from the relation sinφ = λ / 2dn, where φ is the angle between the plane of the thin partially transmitting layer 6 and the plane of the reflecting mirror 2, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes 7, n is the refractive index of the liquid, or gas filling the flow cell 3.
Так как на поток жидкости или газа в проточной кювете 3 воздействуют стоячей световой волной, то, за счет эффекта увлечения средой, на тонком частично пропускающем слое 6 наблюдается бегущая интерференционная картина и регистрацию разностной частоты двух когерентных световых волн осуществляют с помощью периодической системы 8, содержащей фотоэлементы 9, на которых проецируют изображение системы интерференционных полос 7 через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 и измеряют частоту временной модуляции системы интерференционных полос 7. При этом достигается измерение малых скоростей потока жидкости или газа. Since the flow of liquid or gas in the flow cell 3 is affected by a standing light wave, due to the effect of entrainment of the medium, a traveling interference pattern is observed on a thin partially transmissive layer 6, and the difference frequency of two coherent light waves is recorded using a periodic system 8 containing photocells 9, on which the image of the system of interference fringes 7 is projected through a partially reflecting light radiation reflecting mirror 2 and the frequency of the temporal modulation of the system is measured and interference fringes 7. This achieves the measurement of small fluid flow rates or gas.
Предлагаемый способ измерения скорости потока жидкости или газа позволяет измерять скорость потока жидкости или газа при регистрации разностной частоты менее 0,1 Гц и может найти применение для измерения скоростей потоков чистых жидкостей или газов. The proposed method for measuring the flow rate of a liquid or gas allows you to measure the flow rate of a liquid or gas when registering a difference frequency of less than 0.1 Hz and can be used to measure the flow rates of pure liquids or gases.
Claims (1)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126507/28A RU2212670C1 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Procedure measuring flow velocity of liquid or gas |
PCT/RU2003/000429 WO2004031780A1 (en) | 2002-10-03 | 2003-10-02 | Method for measuring the velocity of a fluid or gas flow |
AU2003275746A AU2003275746A1 (en) | 2002-10-03 | 2003-10-02 | Method for measuring the velocity of a fluid or gas flow |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126507/28A RU2212670C1 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Procedure measuring flow velocity of liquid or gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2212670C1 true RU2212670C1 (en) | 2003-09-20 |
Family
ID=29777912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002126507/28A RU2212670C1 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Procedure measuring flow velocity of liquid or gas |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2003275746A1 (en) |
RU (1) | RU2212670C1 (en) |
WO (1) | WO2004031780A1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1450911A (en) * | 1973-01-17 | 1976-09-29 | Nat Res Dev | Laser doppler velocimetry |
JP3432222B2 (en) * | 1991-12-03 | 2003-08-04 | ピーイー コーポレイション (エヌワイ) | Capillary flow cell for multiple wavelength detection |
JPH09218149A (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-19 | Shimadzu Corp | Detection meter cell and optical measuring device |
RU2190197C1 (en) * | 2001-12-17 | 2002-09-27 | Атнашев Виталий Борисович | Spectrometry method and device for its realization ( variants ) |
-
2002
- 2002-10-03 RU RU2002126507/28A patent/RU2212670C1/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-10-02 WO PCT/RU2003/000429 patent/WO2004031780A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-10-02 AU AU2003275746A patent/AU2003275746A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЛАНДCБЕРГ Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976, с.444-463. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2003275746A1 (en) | 2004-04-23 |
WO2004031780A1 (en) | 2004-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103308142B (en) | A kind of speed of ultrasonic travelling wave in liquid and method and device of frequency measured | |
US20080225264A1 (en) | Fiber Optic Flow Sensing Device and Method | |
JPS6135495B2 (en) | ||
CA2810630C (en) | Measuring apparatus and measuring method for metallic microstructures or material properties | |
FR2922314A1 (en) | OPTICAL DEVICE FOR MEASURING ANEMOMETRIC PARAMETERS | |
CN203848938U (en) | Vacuum ultraviolet laser line width measuring device | |
JPH0321072B2 (en) | ||
RU2212670C1 (en) | Procedure measuring flow velocity of liquid or gas | |
JP4405673B2 (en) | Dynamic holographic velocimeter for vibration measurements. | |
RU2239157C2 (en) | Interferometer | |
RU2209406C1 (en) | Interferometer ( variants ) | |
CN103868603A (en) | Device and method for measuring vacuum ultraviolet laser linewidth | |
Zhou et al. | High-Sensitive Seawater Refraction Index Optical Measurement Sensor Based on Position Sensitive Detector | |
SU1656459A1 (en) | Laser doppler velocity meter | |
RU2075727C1 (en) | Method of measurement of angles of turn of several objects and device for its implementation | |
US11320301B2 (en) | Fringe-free laser inteferometric sound detection system and method | |
SU1065780A1 (en) | Laser doppler microscope | |
RU2152588C1 (en) | Method measuring optical thickness of plane-parallel clear objects | |
JPS63218827A (en) | Light spectrum detector | |
RU2144194C1 (en) | Laser doppler flow rate meter | |
RU2217713C1 (en) | Interferometer | |
RU35426U1 (en) | Linear displacement measuring device | |
SU1051430A1 (en) | Fibre-optical velocity transducer | |
RU2225599C1 (en) | Method of acoustic measurements and microphone for its realization | |
SU805078A1 (en) | Method and device for measuring material spectral characteristics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041004 |